Коли використовувати вирізи наземної площини?

Я читав більше про належну техніку заземлення та використання наземних літаків.

З того, що я читав, наземні літаки забезпечують велику ємність із сусідніми шарами, прискорюють тепловіддачу та зменшують індуктивність землі.

Єдиною областю, яка мене особливо цікавить, є створена блукаюча / паразитна ємність. Як я розумію, це сприятливо для слідів живлення, але може бути згубним для сигнальних ліній.

Я прочитав декілька пропозицій про те, де розмістити тверді площини ґрунту, і мені було цікаво, чи є ці гарні рекомендації, яких слід дотримуватися, і що може становити виняток із цих пропозицій:

1. Тримайте земну площину під слідами / площинами живлення.
2. Видаліть земну площину з сигнальних ліній, особливо високошвидкісних ліній або будь-якої лінії, сприйнятливої ​​до розбіжної ємності.
3. Використовуйте належними кільцями заземлення належним чином: оточуючі лінії високого опору з кільцем низького опору.
4. Використовуйте локальні наземні літаки (те саме стосується ліній електропередач) для ІС / підсистеми, а потім прив’яжіть всі підстави до глобальної площини заземлення в 1 точці, бажано поблизу того ж місця, де зустрічаються місцеві наземні та локальні лінії електропередач.
5. Намагайтеся підтримувати площину заземлення якомога рівномірнішою / міцнішою.

Чи є інші пропозиції, які я повинен врахувати, розробляючи землю / потужність друкованої плати? Це типово, щоб спочатку розробити схему потужності / заземлення, макети сигналів, або це зроблено разом?

Також у мене є кілька запитань щодо №4 та місцевих літаків:

1. Я б міг уявити, що приєднання локальних наземних літаків до глобальної наземної площини може включати використання віасів. Я бачив пропозиції, де використовуються кілька невеликих флаконів (всі приблизно в одному місці). Це рекомендується для одного більшого через?
2. Чи слід тримати глобальні літаки / силові літаки під місцевими літаками?

2) Я настійно рекомендую ПРОТИ ріжучу землю в будь-якому місці поблизу швидкодіючих сигналів. Блука ємність дійсно не надто впливає на цифрову електроніку. Зазвичай бродяча ємність вбиває вас, коли вона діє на створення паразитарного фільтра на вході підсилювача.

Насправді, дуже рекомендується запускати свої високошвидкісні сигнали безпосередньо над нерозривною земною площиною; це називається " мікросмужкою ". Причина полягає в тому, що струм високої частоти йде по шляху найменшої індуктивності. З площиною землі цей шлях буде дзеркальним зображенням сигнального сліду. Це мінімізує розмір петлі, що, в свою чергу, мінімізує випромінювану EMI.

Дуже яскравий приклад цього можна побачити на веб-сайті доктора Говарда Джонсона. Див. Фігури 8 і 9 для прикладу струму високої частоти, що йде по шляху найменшої індуктивності. (якщо ви цього не знали, доктор Джонсон є авторитетом щодо цілісності сигналу, автор багато прославленого "Високошвидкісного цифрового дизайну: Довідник чорної магії")

Важливо зауважити, що будь-які порізи в площині заземлення під одним з цих високошвидкісних цифрових сигналів збільшать розмір петлі, оскільки зворотний струм повинен приймати об'їзд навколо вашого вирізу, що також призводить до збільшення викидів. Ви хочете повністю незбиту площину під усіма вашими цифровими сигналами. Також важливо відзначити, що силова площина також є еталонною площиною, як і земна площина, і з точки зору високочастотної смуги ці дві площини з'єднані через байпасні конденсатори, тож ви можете розглянути можливість повернення струму високої частоти для "стрибка" літаки біля ковпаків.

3) Якщо у вас хороший наземний літак, майже немає підстав використовувати слід охоронця. Винятком буде операційний підсилювач, про який я згадував раніше, тому що ви, можливо, вирізали під ним площину заземлення. Але вам все одно потрібно турбуватися про паразитичну ємність вартового сліду. Ще раз, доктор Джонсон тут, щоб допомогти з гарними фотографіями .

4.1) Я вважаю, що декілька малих пухирців матимуть кращі властивості індуктивності, оскільки вони паралельні, порівняно з одним великим, займаючи приблизно однаковий простір. На жаль, я не можу пригадати, що я прочитав, що змусило мене повірити в це. Я думаю, що це тому, що індуктивність a є лінійно обернено пропорційною радіусу, але площа via квадратично прямо пропорційна радіусу. (Джерело: Доктор Джонсон знову ) Зробіть радіус через 2 рази більшим і він має половину індуктивності, але займає в 4 рази більше площі.

Що стосується підключення локальних наземних площин до глобальної наземної площини, то краще використовувати декілька невеликих віонів, оскільки це допоможе розподілити струм, а також швидкість відмови ПХБ мінімізована, крім того, що забезпечує кращу тепловіддачу.

Утримувати глобальні наземні / силові літаки під локальними площинами немає ніякої шкоди, як якщо б ви спостерігали багатошарові схеми друкованих плат, саме це дотримується.

Будьте уважні, щоб не визначити високу частоту.

Ефекти лінії передачі, що вимагають мікросмугової або смугової лінії, варто враховувати, коли довжина лінії становить 1/100 або більше від найбільшої частоти хвилювання сигналу (Ulaby). Отже, це корисно для мікрохвильових конструкцій. Наприклад, форма хвилі 1 ГГц у повітрі має довжину 30 см, однак у FR-4 вона має приблизно наполовину (квадратна частота епсилону r, відносна проникність, для FR-4 становить приблизно 4, залежно від складу). Тому слід, який має довжину в кілька сантиметрів, безумовно, викликав би стурбованість для 1 ГГц.

Для 10 МГц ефекти лінії електропередачі майже не помітні. П'ята гармоніка частотою 10 МГц - 50 МГц, а в FR-4 - це приблизно 150x10 ^ 6 м / с / 50x10 ^ 6 = 3 метри. Так, в шині довжиною 30 см можна відчути самі початки фазового викривлення.

Справжня турбота - шум. Закладаючи слід достатньої ширини на земну площину, енергія сигналу поширюється через підкладку між слідом і земною площиною (Пойнтінг). І EMI з інших джерел не може потрапити.

Мікрополоскові лінії мають характерний опір, який визначається шириною сліду, товщиною та матеріалом підкладки; тонші сліди мають більш високий характерний опір. Імпеданс вільного повітря становить 377 Ом. З наближенням Зо до сліду цієї фігури вона починає випромінювати. Навіть із заземленою площиною. Таким же чином, загущення субстрату має той же ефект. Зауважте, що при роботі на високій частоті імпеданс є ключовим ... припиненням, узгодженням ... достатньо довга шина матиме відмірні відображення, якщо не буде закінчена правильно.

Однак при щільних конструкціях виникає потреба в тонких слідах. Отже, компрометуйте щось.

Щоб опір мікросмужкової лінії не змінювалося щілиною заземлення, гніздо повинно бути розташоване як мінімум на дві ширини мікросмужкової смуги (якщо мікросмужка проектується вертикально до площини заземлення).

Нижче наведено кілька знімків із 3D-розв'язувача поля, що показує розподіл електричного поля всередині мікрострипта та щільність струму в площині заземлення. У висновку майже немає поля чи потоку на дві ширини від мікрорритрипу. Тож тут допускаються перерви наземної площини.

Малюнок 1: Перетин електричного поля перпендикулярно лінії смуги. 2D перегляд. Малюнок 2: Перетин електричного поля перпендикулярно лінії смуги. 3D-перегляд. Малюнок 3: Щільність струму в площині основи. 2D вигляд Рисунок 4: Щільність струму в площині заземлення. 3D-перегляд